طبیعت برق و مفهوم برق
برق پرکاربردترین شکل انرژی است. برق در کاربردهای مختلفی مانند روشنایی، حمل و نقل، پختن، ارتباطات، تولید انواع محصولات در کارخانه‌ها و بسیاری دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. هیچ‌کدام از ما دقیقاً نمی‌دانیم برق چیست. مفهوم برق و نظریه‌های پشت آن می‌تواند با مشاهده رفتارهای مختلف آن توسعه یابد. برای مشاهده طبیعت برق، لازم است ساختار مواد مورد مطالعه قرار گیرد. هر ماده در این جهان از ذرات بسیار کوچک به نام مولکول‌ها تشکیل شده است. مولکول کوچک‌ترین ذره از یک ماده است که تمام هویت‌های آن ماده در آن موجود است. مولکول‌ها از ذرات کوچک‌تر به نام اتم‌ها تشکیل شده‌اند. اتم کوچک‌ترین ذره از یک عنصر است که می‌تواند وجود داشته باشد.
دو نوع ماده وجود دارد. ماده‌ای که مولکول‌های آن از اتم‌های مشابه تشکیل شده باشد، عنصر نامیده می‌شود. ماده‌ای که مولکول‌های آن از اتم‌های نامتجانس تشکیل شده باشد، ترکیب نامیده می‌شود. مفهوم برق می‌تواند از ساختارهای اتمی مواد بدست آید.
ساختار اتم
یک اتم شامل یک هسته مرکزی است. هسته از پروتون‌های مثبت و نوترون‌های بدون بار تشکیل شده است. این هسته توسط الکترون‌های مداری احاطه شده است. هر الکترون دارای بار منفی -1.602 × 10– 19 کولن و هر پروتون در هسته دارای بار مثبت +1.602 × 10 – 19 کولن است. به دلیل بارهای متضاد، نیروی جذبی بین هسته و الکترون‌های مداری وجود دارد. الکترون‌ها نسبت به جرم هسته جرم بسیار کمی دارند. جرم هر پروتون و نوترون ۱۸۴۰ برابر جرم یک الکترون است.
چون مقدار مطلق هر الکترون و هر پروتون یکسان است، تعداد الکترون‌ها در یک اتم خنثی برابر تعداد پروتون‌ها است. وقتی یک اتم الکترون‌ها را از دست می‌دهد، یون مثبت می‌شود و به طور مشابه وقتی الکترون‌ها را می‌گیرد، یون منفی می‌شود.
اتم‌ها ممکن است الکترون‌هایی با پیوند ضعیف در مدارهای خارجی خود داشته باشند. این الکترون‌ها فقط به مقدار کمی انرژی نیاز دارند تا از اتم پدری خود جدا شوند. این الکترون‌ها به عنوان الکترون‌های آزاد شناخته می‌شوند که به صورت تصادفی در داخل ماده حرکت می‌کنند و از یک اتم به اتم دیگر منتقل می‌شوند. هر قطعه ماده که به طور کلی تعداد نامساوی الکترون‌ها و پروتون‌ها داشته باشد، به عنوان ماده باردار شناخته می‌شود. وقتی تعداد الکترون‌ها بیشتر از پروتون‌ها است، ماده به عنوان ماده منفی بار شناخته می‌شود و وقتی تعداد پروتون‌ها بیشتر از الکترون‌ها است، ماده به عنوان ماده مثبت بار شناخته می‌شود.
طبیعت اساسی برق این است که هر زمان که یک بدن منفی بار به یک بدن مثبت بار با استفاده از یک رسانا متصل می‌شود، الکترون‌های اضافی بدن منفی بار شروع به جریان به سمت بدن مثبت بار می‌کنند تا کمبود الکترون‌ها در آن بدن مثبت بار جبران شود.
امیدوارم از توضیحات بالا مفهوم اساسی برق را دریافت کرده باشید. بعضی مواد در دمای اتاق دارای الکترون‌های آزاد فراوانی هستند. مثال‌های خوب از این نوع مواد عبارتند از نقره، مس، آلومینیوم، روی و غیره. حرکت این الکترون‌های آزاد می‌تواند به راحتی به یک جهت خاص هدایت شود اگر تفاوت پتانسیل الکتریکی به آن مواد اعمال شود. به دلیل فراوانی الکترون‌های آزاد، این مواد دارای رسانایی الکتریکی خوبی هستند. این مواد به عنوان رسانا خوب شناخته می‌شوند. جریان الکترون‌ها در یک رسانا به یک جهت معروف است به جریان. در واقع الکترون‌ها از پتانسیل کم (-Ve) به پتانسیل زیاد (+Ve) جریان می‌یابند، اما جهت متعارف جریان به عنوان جهتی از نقطه با بالاترین پتانسیل به نقطه با پتانسیل کمتر در نظر گرفته شده است، بنابراین جهت متعارف جریان مخالف جهت جریان الکترون‌ها است. در مواد غیرفلزی مانند شیشه، میکا، شیست، پورسلین، مدار خارجی تکمیل شده است و تقریباً هیچ امکانی برای از دست دادن الکترون‌ها از مدار خارجی وجود ندارد. بنابراین تقریباً هیچ الکترون آزادی در این نوع مواد وجود ندارد.
بنابراین، این مواد نمی‌توانند برق را رسانند یعنی رسانایی الکتریکی این مواد بسیار ضعیف است. این مواد به عنوان غیررسانا یا عایق الکتریکی شناخته می‌شوند. طبیعت برق این است که از طریق یک رسانا جریان یابد وقتی که یک تفاوت پتانسیل الکتریکی به آن اعمال می‌شود، اما از طریق عایق حتی با اعمال تفاوت پتانسیل الکتریکی بالا جریان نمی‌یابد.
منبع: Electrical4u
بیانیه: احترام به متن اصلی، مقاله‌های خوب ارزش اشتراک‌گذاری دارند، اگر حقوق نویسنده نقض شده است لطفاً با ما تماس بگیرید تا حذف شود.
